Epigenetik är studiet av förändringar i genuttryck. Expression (förändring i genaktivitet) sker genom DNA- metylering , histonacetylering och mikro-RNA- modifiering . Epigenetiska förändringar av det här slaget kan ärvas och då påverkar de evolutionen . Modern forskning pågår aktivt och det har redan blivit tydligt att epigenetik har ett stort inflytande på alla levande organismer . [ett]
DNA-metylering är den process genom vilken metylgrupper fästs till en DNA- molekyl. Metylering förändrar aktiviteten hos ett DNA-segment utan att förändra själva DNA-sekvensen (det vill säga att den inte orsakar mutation). Histoner är proteiner som finns i cellkärnorna. De paketerar och beställer DNA till nukleosomer . DNA-metylering och histonmodifiering är två epigenetiska mekanismer som reglerar genuttryck i växter. DNA-metylering kan vara en stabil process under celldelning, vilket gör att genmetylering kan överföras till samma gener i genomet . DNA-metylering, med hjälp av demetylas, kan bli en reversibel process. Histonmodifiering är också en reversibel process, med avlägsnande av acetylhistoner genom deacetylas . Interspecifika skillnader i växter på grund av miljöfaktorer är förknippade med skillnaden mellan ettåriga och fleråriga växtarter. Varje växt har så småningom sina egna individuella adaptiva svar. [2]
Former av histonmetylering orsakar undertryckande av vissa gener, dessa förändringar ärvs stabilt genom mitos , men kan raderas under meios med tiden. Blomningstider utsatta för låga vintertemperaturer i denna växt visar denna metyleringseffekt. Histonmetylering är involverad i undertryckandet av uttrycket av hämmaren (suppressorn) av blomning under början av kallt väder. I Talyas ettåriga tandkött är liknande histonmetylering stabilt genom mitos, efter att ha återvänt till en varm period. Detta gör att plantan kan blomma kontinuerligt på våren och sommaren tills den åldras. Men i fleråriga relaterade växter försvinner histonmodifieringen snabbt efter en temperaturhöjning och tillåter tvärtom att öka effekten av hämmaren och begränsa blomningen till ett kort intervall; för en flerårig växt är detta ett sätt att lagra näringsämnen för nästa år. Således kontrollerar epigenetiska modifieringar av histoner ett viktigt adaptivt drag hos Tals klöver, och samtidigt förändras modifieringen snabbt under evolutionens gång, vilket är strategier för framgångsrik reproduktion. [3]
Andra experiment har testat Tals epigenetiska mekanismer för känslighet för torka, brist på näringsämnen. Växter med de mest lika genomen valdes ut för experimentet. Växter placerade under olika förhållanden visade betydande ärftlighet av adaptiv epigenetik. Egenskaper som producerades genom metylering och var viktiga för överlevnad överfördes framgångsrikt under reproduktion. DNA-metylering gav olika fördelning av rötter, torkresistens, plasticitet till olika typer av näringsämnen. Detta tyder på att endast epigenetisk variation och anpassning leder till snabb evolution. [2]
Stressinducerade förändringar i DNA- metylering ärvs i asexuella maskrosor. Genetiskt lika växter utsattes för olika miljöpåfrestningar. och sedan växte deras ättlingar upp i en lugn ekologisk miljö. Många av miljöpåfrestningarna orsakade metylering i genomet och dessa modifieringar överfördes till nästa generation av maskrosor. Man drog slutsatsen att ett sådant arv tillåter växter att ha hög plasticitet för växters överlevnad under alla förhållanden, från hög luftfuktighet till torka och bränder. [3]
Paramutation av b1-genen i majs. b1-genen kodar för en viktig transkriptionsfaktor som är involverad i syntesen av antocyaniner . När BI-genen uttrycks, ackumulerar växter antocyaniner i sina vävnader, vilket resulterar i en lila växtfärg. BI-allelen har ett högt uttryck av b1 vilket leder till mörk pigmentering av membran och skal. Medan B-allelen har lågt b1-uttryck vilket leder till låg pigmentering i dessa vävnader. När homozygota BI-föräldrar föds upp med homozygota B'-föräldrar visar deras F1-avkomma låg pigmentering. Detta beror på "tystnad" av b1-genen. När F1-växter korsas visar deras F2-avkomma låg pigmentering och har låga nivåer av b1-uttryck. [4] [5] [6] [7]
Varje F2-växt kommer, när den korsas med en homozygot BI-växt, att producera avkomma som kommer att ha låg pigmentering och b1-uttryck. Frånvaron av mörkpigmenterad F2-avkomma är ett exempel på icke- mendelsk arv , och ytterligare studier har visat att BI-allelen omvandlas till B' genom epigenetiska mekanismer snarare än genom DNA-sekvensförändringar och genmutationer. [4] [6] [5] [7]
B'- och BI-allelerna är identiska i DNA-sekvens men skiljer sig i DNA-metylering och intranukleära kromosomala interaktioner. Ibland sker spontan mutation från BI till B', men en vändning från B' till BI (grön till lila) har aldrig inträffat, även om det har gjorts tusentals observationer av tusentals växter under 50 år i växthus- och fältexperiment. [åtta]
Experimentellt bekräftade fall av epigenetisk nedärvning i ris har också registrerats. Risskott utsattes för simulerad torka och visade sedan ökad torktolerans under 11 generationer. Resistensen hos "härdade" risskott i torka beror på riktade förändringar i DNA-metylering i hela genomet, dessa förändringar ärvdes så småningom i form av efterföljande metylering i varje generation av växter. [9] [10] [11]
I ett annat experiment attackerades växter av växtätande larver i flera generationer, sedan visade ättlingarna till dessa växter större motståndskraft mot att bli uppätna av larver, DNA som helhet förändrades inte, men metyleringen av arvsmassan i DNA förändrades igen. Och de växter som växte utan larvattacker var inte utrustade med sådana anpassningar. [tio]
En jämförelse av CpG-metyleringsmönster mellan människor och primater har visat att det finns över 800 gener hos människor som skiljer sig åt i sina metyleringsmönster hos orangutanger , gorillor , schimpanser och bonoboer . Även om människor och namngivna apor delar samma gener, förklarar skillnader i metylering den fenotypiska skillnaden mellan människor och apor och i allmänhet den fenotypiska variationen hos samma gener. Alla dessa gener är på något sätt ansvariga för den fysiska utvecklingen av människor och apor. Som ett resultat särskiljs människor från apor på gennivå inte genom proteinsekvenser, utan genom epigenetiska förändringar i gener.
Vid forskningsögonblicket är det tydligt att hos människor är 171 gener metylerade annorlunda än i apor. 101-genen är också unikt metylerad i schimpanser och bonobo. 101 gener är metylerade i gorillor och 450 gener är metylerade i orangutanger. Till exempel är gener involverade i regleringen av blodtrycket och utvecklingen av den halvcirkelformade kanalen i innerörat höggradigt metylerade hos människor, men inte hos apor. 184 gener är också kända, som är helt upprepade i strukturen av proteiner hos människor och schimpanser, men skiljer sig åt i epigenetiska miljöer. Det är metylering som i slutändan gör en förnuftig person till vad han är, och inte genuppsättningen i sig, som upp till 99 % upprepar genuppsättningen hos schimpanser och andra högre primater. Detta bevisar epigenetikens viktiga roll i utvecklingen av människor och apor i allmänhet [12] .
Det har bevisats att förändringar i regulatoriska element påverkar de initiala ställena för gentranskription . 471-DNA-sekvensen är berikad eller utarmad när det gäller histonmetylering i H3K4 i frontala cortex hos schimpanser, människor och makaker. Bland dessa sekvenser är 33 selektivt metylerade i neuronalt kromatin hos barn och vuxna. En av de loci som har metylerats är DPP10. Denna gen är också ansvarig för anpassningen av hominider associerade med en högre hastighet av nukleotidsubstitutioner och ett antal andra regulatoriska parametrar som människor har och är frånvarande från andra primater. Den epigenetiska regleringen av TSS-kromatin har identifierats som en viktig utveckling i utvecklingen av genuttryck i den mänskliga hjärnan. Dessa gener spelar en roll samtidigt i kognitiva processer och neurologiska störningar hos människor [13]
En analys av metyleringsprofilerna hos mänskliga och primater spermatozoer visade att epigenetisk reglering är aktiv även här. Däggdjursceller genomgår omprogrammering av DNA- metyleringsmönster under cellens embryonala tillstånd, metylering i mänskliga och schimpansspermatozoer kan jämföras med metylering i embryonala stamceller . Många skillnader i metylering har hittats mellan spermieceller och embryonala stamceller. Många av promotorerna i mänskliga spermier och schimpanser har olika metylering. Således skiljer sig metylering mellan spermier och stamceller i samma organism, och mellan mänskliga och primater spermier. Detta kan indikera orsakerna till de fenotypiska skillnaderna mellan primater och Homo sapiens. [13]
1998 genomfördes ett experiment på Drosophila i Schweiz. Forskaren Renato Paro från universitetet i Basel gjorde följande - som ett resultat av mutationer hade fruktflugor gula ögon, normalt är de röda. Men med en ökning av temperaturen i miljön blev Drosophilas ögon röda och sedan föddes deras avkomma också med röda ögon. Det visade sig att det kromosomala elementet aktiverades i flugor, det ändrade färgen på ögonen. Detta är ett exempel på barns arv av de egenskaper som deras föräldrar fått under deras livstid. Röda ögon bevarades också under ytterligare reproduktion i ytterligare fyra generationer, men dessa generationer var inte längre utsatta för termiska effekter. [fjorton]
BinHos bin Apis mellifera sker förändringen i fenotypen på epigenetisk nivå genom en förändring av typen av föda. Arbetsbina matar larverna med drottninggelé . Men samtidigt varierar utfodringens varaktighet. De larver som matas med kunglig gelé blir längre drottningar. Inom dessa bin sker epigenetiska förändringar som skiljer dem från enkla arbetsbin. Queens har ökat juvenil hormonsyntes och aktivering av TOR-signalvägen, såväl som ökad modulering av insulinsignalvägen. Bevis på att det är just epigenetiska mekanismer som gör biindivider så olika är att drottningen lägger helt identiska ägg i kammar . De är inte genetiskt olika varandra. [femton]
Drönare växer från obefruktade ägg . Från de befruktade med hjälp av utfodringens varaktighet med mjölk erhålls antingen drottningar eller arbetsbin. Drottningar blir till slut större och lever mycket längre än arbetarhonungsbin. Skillnaden i förväntad livslängd för drottningen och arbetsbiet når 100 gånger, arbetsbina lever 15-38 dagar på sommaren, 150-200 på vintern. Drottningen lever 1-2 år. Det är näring i larvstadiet som har en så stark effekt på insekter och tydligt bevisar betydelsen av livstids epigenetiska förändringar i arvsmassan. Hos bin stimulerar kunglig gelé aktiv DNA- metylering ; i olika taxa leder metylering av DNA-regioner berikade med CG-par i genpromotorregionen till hämning av dess transkription . [femton]
I ett experiment med bin undertrycktes uttrycket av Dnmt3-genen med siRNA . Denna gen kodar för ett enzym som i sin tur katalyserar DNA-metylering. Som ett resultat hade 72 % av de kläckta honorna tecken på drottningar. [16] Mer än 550 gener har visat sig vara metylerade på olika sätt i hjärnan på arbetarbin och drottningar. [17] De största skillnaderna hittades i signalvägarna för insulin och juvenil hormon , såväl som i genen för anaplastiskt lymfomkinas . Kinasgenen spelar en viktig roll i regleringen av ämnesomsättningen . Hos drottningar ökade nivån av DNA-metylering från den andra till den fjärde dagen av larvstadiet av utveckling. Hos arbetande larver ökade metyleringen i alla utvecklingsstadier. Mer än 4 500 gener metyleras olika hos både kungen och arbetarna. Inklusive skarpa skillnader avslöjade i generna som är ansvariga för hypoxisk stress . Arbetarbin visade en högre nivå av transkription av de hypoxiska signalvägsfaktorerna HIFα/Sima, HIFβ/Tango och PHD/Fatig. Drottningar har en högre nivå av uttryck av två gener som är ansvariga för processen för reparation och förebyggande av oxidativ skada, medan hos arbetarbin är dessa geners arbete tvärtom reducerat. [femton]
[18] Musstudier utförda vid Duke University av Randy Jirtle och Robert Waterland. Forskare har infogat en konstgjord gen i vanliga möss, på grund av den föddes de gula, benägna att drabbas av fetma och sjukdomar - agouti-möss. Sedan började en generation av sådana möss, redan gravida, lägga till folsyra , vitamin B12 , kolin och metionin till fodret . Som ett resultat föddes friska avkommor i sjuka möss, men genen som gjorde dem till agouti försvann inte från arvsmassan, den bevarades utan dränktes av epigenetiska mekanismer och epigenetiken fungerar i sin tur aktivt när ovan nämnda ämnen införs i kosten. Att ändra kosten kunde förändra genomets epigenetik och neutralisera den skadliga mutationen i generna. Effekten av förändringarna bevarades under de närmaste generationerna, medan näringen för andra och efterföljande generationer gjordes gemensam. [14] [19] [20] [21]
De kanadensiska biologerna Michael Meaney och kollegor vid McGill University genomförde ett experiment kallat "slicka och brudgum". De studerade effekten av mödravård på valpar hos råttor. Råttorna delades in i två grupper. Några av de födda råttungarna togs bort från sina mammor omedelbart efter födseln. Råttungarna som inte fick mödravård (inklusive slickning) växte upp nervösa, okommunikativa och aggressivt fega. Alla råttungar som blev kvar hos sin mamma utvecklades som det borde vara för råttor – energiska, träningsbara, socialt aktiva. Frågor uppstod på vilken nivå reaktionen på vård och icke-vård inträffar hos råttor. Svaret erhölls efter DNA-analys. Avvanda råttungar upplevde negativa epigenetiska förändringar i genomet, särskilt de som var ansvariga för hjärnans hippocampusregion . I hippocampus minskade antalet receptorer för stresshormoner. Därav nervsystemets otillräckliga reaktion på externa stimuli - ljud, temperatur, andra råttor. Hippocampus producerade ständigt för stora mängder stresshormoner . Däremot fungerade hippocampus normalt hos råttungar som fötts upp av sina mödrar [22] [19] [20]
Hos råttor avslöjades också exempel på olika beteenden hos mödrar. Det finns mammor som aktivt tar hand om råttor, det finns de som tvärtom ägnar lite tid åt barn. Som ett resultat fick de råttor som växte upp med en omtänksam mamma, mycket slickande, städning, matning, växte upp mindre rädda, med bättre benägenhet att lära sig och därför med större anpassning till överlevnad och ytterligare framgångsrik reproduktion. Tvärtom, alltför nervösa råttungar från ovårdade mödrar har en låg chans till framgångsrik reproduktion . Den viktigaste perioden var den första veckan efter födseln, under denna period är det epigenetiska systemet hos råttungar det mest flexibla och föremål för förändringar i genomet och som ett resultat påverkar binjurarna , hypotalamus och hypofysen . Råttor från omtänksamma mödrar, placerade i stressiga situationer (hänger i svansen, sänker ner i en behållare med vatten) gav inte upp på länge, försökte ta sig ur en obekväm, farlig situation till det sista. Råttor som inte tog emot tillgivenhet och omsorg föll snabbt i apati, förtvivlan. [19]
Under studiens gång, med hjälp av bisulfatsekvensering , nådde forskare den regulatoriska regionen av glukokortikoidreceptorn - exon 17. Hos råttungar från vårdande mödrar fanns det ingen cytosinmetylering i exon 17. På grund av detta transkriberas genen aktivt , och nivån av histonacetylering är hög, och detta indikerar ett aktivt kromatin . I försummade råttungar metyleras cytosin i exon 17 och dess mRNA - uttryck reduceras [19] .
Nästa experiment visade att moderns beteende direkt påverkar epigenetiska förändringar i exon 17. Under en period av 12 timmar efter födseln togs råttungar från sina mödrar, några gavs till omsorgsfulla styvmorsråttor , och några brydde sig inte. Vårdande styvmödrar hade ingen metylering av cytosiner i exon 17 och skilde sig inte från de råttor som växte upp av sin egen mamma. Hos icke-vårdande styvmödrar var cytosinmetylering i exon 17 densamma som hos icke-vårdande styvmödrar, cytosin undertrycktes och exon 17 fungerade mycket sämre. Ett försök att helt enkelt kompensera för metylering med kemikalier (särskilt med hjälp av en deacetylashämmare TSA) fungerar inte, vilket gör att mödravården utlöser eller inte utlöser en mycket större kaskad av epigenetiska reaktioner i kroppen och det är inte begränsat endast till verkan på cytosin i exon 17, och bredare när det gäller omfånget av verkan. [19]
När man studerade överföringen av förändringar i epigenetik efter kön hos råttor, visade det sig att det största inflytandet erhålls hos män som uppfostrats av ovårdade mödrar. Kvinnor från icke-vårdande mödrar klarade uppgifter bättre och visade inte depression. Det antas att mödrars könshormoner verkar olika på män och kvinnor. Sedan avvänjdes råttungarna från sina mödrar i de tidiga stadierna av matningen, mestadels hanar visade symtom på oroligt beteende. Dessa hanar korsades med honor och som ett resultat fick de födda råttungarna normal vård och utvecklades inom normalområdet. Men i den andra generationen började kvinnor visa tecken på depression och ångest, medan män inte gjorde det, de var normala. I den tredje generationen visade hanarna återigen depression och ångest. Detta indikerar ett diskontinuerligt men ganska långt arv av depression, minst 4 generationer framåt, och är ett exempel på epigenetisk nedärvning av egenskaper som förvärvats under individers liv. Citat: [23] [24]
" Hypermetylering av CpG-öar i de reglerande regionerna av MeCP2-, CB1-generna och hypometylering av den reglerande regionen av CRFR2-genen ledde till en minskning av uttrycket av mRNA för dessa gener. Samtidigt fanns det inga förändringar i metyleringen av de reglerande regionerna av generna för serotoninreceptorgenen (som spelar en betydande roll i utvecklingen av depression ) och monoaminooxidas (katalyserar splittande serotonin ) Förändringar i metyleringsnivåer som sker samtidigt i olika gener tyder på att många gener påverkar beteendet hos individer .
Resultaten av denna studie tyder på att postnatal stress påverkar inte bara barn, utan även mer avlägsna avkommor . " [18]
För människor kompliceras studier av epigenetiska processer av ett antal faktorer. Det går inte att helt enkelt experimentera direkt. Det mänskliga samhället är också en komplex uppsättning av blandning av gener, klimatpåverkan, kulturella faktorer, stress , näringsegenskaper. Klassiskt DNA-arv kan exakt visa de fenotypiska egenskaperna hos människor. Men hon kan inte helt förklara varför barn ibland ärver från sina föräldrar tecken som tydligt förvärvas under livet och sedan överförs under fortplantningen. [25] [26]
Det mest omfattande och korrekta projektet hittills är studiet av epigenetik på exemplet med den holländska svältvintern 1944-1945 . Bekvämligheten med detta exempel är att människorna som överlevde det är exakt kända, hur länge människor svälter, plus det exakt definierade området av hunger. 4,4 miljoner människor överlevde svälten, den varade från november 1944 till maj 1945. De barn som föddes under svälten, efter födseln, var färre än de som föddes ett år före svälten. Och nedgången i storlek hos människor varade i två generationer. Dessa barn har en ökad risk för glukosintolerans i vuxen ålder. Studier har avslöjat DNA-metylering hos dessa individer, som alla föddes av mödrar som bar dem under en hungrig vinter. Det finns förslag på att metylering orsakade en avmattning i PIM3-genen, som är ansvarig för ämnesomsättningen , och ju långsammare genen, desto långsammare ämnesomsättningen. I allmänhet kallas dessa fakta för det holländska hungriga vintersyndromet. [27] [28]
Barn och barnbarn från mödrar och mormödrar som överlevde denna svält hade fler metabola sjukdomar, hjärt-kärlsjukdomar. De var mer benägna att ha schizofreni , schizotypa och neurologiska störningar. [29] [30] Effekterna av hunger är inte desamma för alla barn och varierar beroende på grad av släktskap och släktskap.
1 - Högre kroppsmassaindex hos pojkar vid 9 års ålder, detta överfördes från fäder.
2 - Döttrar hade inte ett förhöjt kroppsmassaindex vid 9 års ålder, men de började röka tidigare .
3 - Farfaderns hunger är endast förknippad med dödligheten hos barnbarn (pojkar), men inte barnbarn (flickor).
4 - Farmoderns hunger var förknippad med dödligheten hos barnbarn.
5 - Dålig faderns näring och bra moderns näring är förknippade med en lägre risk för hjärt-kärlsjukdom hos barn. [31]
I vissa fall har en förlust av uttryck i genomet observerats, vilket leder till Prader-Willis syndrom och Angelmans syndrom . I studien visade det sig att detta orsakas av epigenetiska förändringar i båda allelerna , men inte av en genetisk DNA-mutation. I alla 19 registrerade fall av sådana patologier är de tydligt bundna till graden av släktskap mellan barnen och förfäderna till dem som överlevde svälten. Särskilt fäder bar på en kromosom med en modermuterad SNURF-SNRPN-märkning, som i sin tur ärvdes av fäder från sin mormor. Epigenetiska förändringar i MLH1-genen registrerades hos två personer, men det fanns ingen mutation i själva genen, och därför registrerades inte sjukdomen i form av ärftlig icke-polypos kolorektal cancer, och i fallet med en genmutation, sjukdom förekommer hos människor. [27]
Det har fastställts att faderlinjen är ansvarig för att reglera födelsevikten för döttrar med en potentiell risk att utveckla bröstcancer . [32] [33]
Epigenetisk modifiering av glukokortikoidreceptoruttryck observeras hos barn som har upplevt övergrepp i barndomen, övergrepp, sexuella övergrepp eller demonstrativt försummelse av barnet av sina föräldrar . Dessa receptorer spelar en viktig roll i aktiviteten hos hypotalamus , hypofysen och binjurarna . Djurförsök indikerar att epigenetiska förändringar beror på förhållandet mellan mor och barn. Bebisar ärver också epigenetiska förändringar från sina mödrar under graviditetsstadiet . Om mödrar under graviditeten utsattes för våld, stress, så hade deras barn epigenetiska förändringar i genen som ansvarar för glukokortikoidreceptorer och var benägna att få en hög nivå av ångest och dukade lättare under för stress. Exponering för ämnet dietylstilbestrol hos kvinnor leder till att barnbarn upp till tredje generationen har en ökad risk att utveckla uppmärksamhetsstörning och hyperaktivitet . [34] [35] [36] [37] [38]
Hos människor har sambandet mellan födelsemånad och en predisposition för typ 2-diabetes registrerats. Samtidigt är gapet mellan tidpunkten för påverkan av faktorer vid ett barns födelse och själva sjukdomens uppkomst i genomsnitt 50-60 år. Peter Gluckman och Mark Hanson formulerade detta problem på följande sätt - i den utvecklande organismen sker epigenetisk anpassning till miljöförhållanden som påverkar mamman som föder barnet. Men vid en flytt eller en förändring av miljöförhållandena "felar" barnets kropp och det finns risker för sjukdomar. Så om ett barn under fosterutvecklingen har en brist på näring, sker metaboliska processer i kroppen, epigenetik stimulerar gener att lagra resurser för framtida användning. Ett sådant barn efter födseln, om hungern fortsätter, har en stor chans att överleva, men om det inte finns någon hunger ökar hans risk för fetma, diabetes och hjärtsjukdomar dramatiskt. [14] [19] [20]
Bildandet av människokroppen och epigenetikEpigenetiska mekanismer (särskilt metylering ) för reglering av genaktivitet är involverade i många processer associerade med utvecklingen och bildandet av hela människokroppen. Inaktivering av X-kromosomer i embryot är ett problem för epigenetiken, detta beror på att honliga däggdjur har två kopior av X-könskromosomen, och hanar har en X-kromosom och en Y -kromosom . Y-kromosomen är mindre och bär på mindre genetisk information, därför stängs en kvinnlig X-kromosom av med hjälp av metylering, detta utjämnar honor och hanar i överföringen av genetik till avkomma och tillåter inte skevt arv. [39]
Som du vet börjar utvecklingen av embryot med en enda zygotcell, sedan bildas en blastocyst i 32-cellsstadiet, den består av en trofoblast och en embryoblast, följt av implantation i livmoderväggen. Utan epigenetik skulle det vara omöjligt att med hjälp av enkelt DNA och RNA exakt bestämma kroppens symmetri, i vilken riktning huvudet kommer att växa och i vilka ben. I allmänhet är epigenetik ansvarig för dessa processer och för den enhetliga blandningen av moderns och faderns genom i embryot. Vid embryonalstadiet av 50-100 celler, i varje cell, stängs kromosomen (faderlig eller moderlig) av genom metylering av misstag och förblir redan inaktiv under den fortsatta utvecklingen av cellen. [39] [40]
Embryot i det primära utvecklingsstadiet består av universella embryonala celler , de kan bli vilken cell som helst i kroppen - hjärnceller eller nagelceller. Epigenetisk reglering av genomet avgör vilken cell eller vävnad som kommer att börja bildas och var. Varje misslyckande i epigenetikens arbete leder till patologier eller embryots död, medan själva DNA:t kan vara normalt, utan patologier och mutationer. Nackdelen med metylering är att den är direkt relaterad till faderns och moderns näring, särskilt under befruktningen och graviditeten. Känslomässiga omvälvningar, mammas hjärnaktivitet, temperatur, hunger, stress har en stark inverkan på epigenetik och DNA-metylering i embryot och sedan barnet. [39] [40]
Epigenetik är ansvarig för bildandet av groddlager, detta är det första steget av celldelning i framtida vävnader och organ. Som ett resultat kommer epigenetik i slutskedet att dela upp celler i nästan tvåhundra typer. Alla är resultatet av att gener slås på och av under en strikt definierad tidsperiod. Som ett resultat fungerar gener som helt kontrollerade program, medan epigenetiska mekanismer reglerar dessa program. [40]
ImmunitetEpigenetiska mekanismer - modifiering av histoner genom acetylering och deacetylering av lysinrester, kromatinremodellering är kritiskt viktiga regulatorer av immunitet hos alla människor. Epigenetik är ansvarig för alla svar från alla immunceller på olika hot. I samband med medfödd immunitet reglerar epigenetik separationen av medfödda från myeloidceller och är ansvarig för fenotypisk variation i separerade celler. Immunceller svarar på antigener och infektioner genom transkriptionskaskader. Dessa reaktionskaskader regleras epigenetiskt genom histonmodifieringar, kromatinombyggnad på gennivå, mikroRNA och DNA-metylering. Som ett resultat uttrycks cytokiner och antiinfektiösa molekyler som svar på hotet. DNA-metylering i samband med medfödd immunitet är mindre studerad än histonacetylering. Det är känt att det efter sjukdomar finns betydande förändringar i DNA-metylering i celler med medfödd immunitet. Vaccinernas verkan är baserad på organismens epigenetik. [41]
Epigenetiskt arv kan påverka konditionen om det förutsägbart förändrar egenskaper hos en organism genom naturligt urval. Det har bevisats att miljöstimuli påverkar förändringen av epigener. Ett sådant system är relativt likt det som Lamarck föreslog, men upphäver inte det darwinistiska systemet med naturligt urval. Epigenetik ger en organism en fördel i en plötslig förändring i miljön (från hunger till temperaturer) och gör att den kan överleva mer framgångsrikt på små och medelstora tidsskalor. Samtidigt kommer det darwinistiska urvalet att verka på alla organismer, och om vissa epigenetiska förändringar inte är fördelaktiga kommer individer inte att lämna avkomma. [tjugo]
Hos Linaria vulgaris - växter styr Lcyc-genen blomsymmetri. Linné beskrev radiellt symmetriska muterade blommor, de uppstår med stark metylering av Lcyc-genen. För pollinatörer är både formen och symmetrin hos blommor en viktig faktor, så sådana kränkningar i Lcyc-genen orsakar skadliga konsekvenser för växter. Även hos djur medför epigenetik inte alltid fördelaktiga förändringar. Ärftliga egenskaper kan leda till ökad mottaglighet för sjukdomar. I synnerhet leder epigenetiska förändringar hos människor till onkologi. Tumörmetyleringsmönster i genpromotorer är positivt associerade med onkologisk överföring genom arv, inom familjer. MSH2-genmetylering hos människor är associerad med tidig debut av kolorektal och endometriecancer. [42] [43] [44] [45]
Som ett experiment demitylerades fröna av Arabidopsis thaliana , vilket orsakade en betydande ökning av dödligheten, långsam tillväxt, långsam blomning och låg fruktantal. Dessa fakta indikerar att epigenetik kan öka organismernas kondition. Mottagna som ett resultat av miljöstress är reaktioner på stress ärvda och positivt förknippade med organismers kondition. Hos djur som möss påverkar epigenetik samhällets häckande, ökad föräldravård och social kontakt och förbättrar avkommans chanser att överleva. [46] [47] [48]
Nedärvda epigenetiska effekter på fenotyper är väl dokumenterade i bakterier, protister, svampar, växter, nematoder och fruktflugor. I allmänhet, enligt den moderna utvecklingen av experiment, spelar epigenetik en större roll för växter än för djur. Hos djur i ett tidigt skede (groddar) är nedärvning genom den epigenetiska mekanismen svårare, medan hos växter och svampar kan somatiska celler inkluderas i den embryonala utvecklingen. Det finns en teori om att ju större djuret är, desto längre lever det, desto mindre effektivt är det epigenetiskt arv, på grund av det större tidsskillnaden mellan generationerna. Till exempel hos möss är välgörande epigenetiska förändringar tydligt synliga som påverkar överlevnad och snabb anpassning till nya förhållanden. Men ju större organismen är, desto svårare är det i allmänhet för den att ändra livsmiljöer, typ av näring, sexuellt beteende och så vidare. [49] [50]
Epigenetiska upptäckter motsäger varken Lamarcks teori eller Darwins teori, utan är snarare relaterade till dem båda. Till exempel postulerade Lamarck att miljöfaktorer påverkar förändringar i fenotyper. Idag är det tydligt att detta är sant, när de utsätts för miljön, särskilt i extrema former (torka, svält), förstärks epigenetiska förändringar i arvsmassan och könsceller, vilket ökar fenotypisk mångfald. Darwins teori postulerade att naturligt urval förbättrar förmågan hos överlevande populationer att framgångsrikt reproducera sig, och de som snabbast anpassar sig till förändrade miljöförhållanden överlever alltid. Darwinismen är alltså förenlig med plasticiteten av epigenetiska förändringar mellan generationer och den ständiga ökningen av fenotypisk mångfald som ett resultat av epigenetik som förstärker överföringen av livsförvärvade egenskaper. [25] [51]
Organismer på samma plats drar mest nytta av epigenetisk överföring av egenskaper. Ju mer fäst en organism är till en punkt, desto lägre förmåga har dess förmåga att sprida gener till andra punkter, och ju enklare dess beteende, desto viktigare är det för den att överföra de epigenetiska egenskaper som samlats under livet så mycket som möjligt till ättlingarna. Detta förklarar varför det finns färre epigenetiskt aktiva organismer i en lite föränderlig miljö, och fler av dem i en aktivt föränderlig miljö. [25] [51]